科学大争论——转基因作物安全吗?(上)

2014-09-19 10:27 | 作者: 方舟子 | 标签: 科学大争论

编者按:有关转基因食品安全性的争论,以及人们对其的担心,十多年来内容均无多大变化。方舟子近三年前发表的这组文章,较为系统地解答了这些问题(其中较多的内容在其以往的文章中都提到过)。对于一个对此话题尚不熟悉的读者来说,这是一组很好的答疑文章,具有问答手册的作用。

反对种植转基因作物的人们,并非都是由于科学上的疑虑(且不说其理由是否站得住脚),有的是出于其信仰,认为人类不应该种植“不自然”的作物。

但是人类今天种植的作物,没有一种是“自然”的,全都是人工改造过的。这个改造过程发生于大约1万年前的新石器时代,人类开始尝试种植粮食的时候。在种植过程中,发现有的植株有人们想要的性状(比如产量比较高、味道比较好),于是其种子被保留下来,继续种下去。在下一代中,又选择“品质”最好的往下种,这样一代代地选择下去,就能得到“优良”品种。达尔文后来把这个过程称为“人工选择”。

这个过程非常缓慢。在新石器时代,“驯化”一种野生植物要花上千年的时间。1719年,英国植物学家费尔柴尔德发明了一种创造作物新品种的方法——杂交育种,把作物的不同品种进行杂交,在其后代中选育具有优良品性的品种。到了20世纪初,遗传学的创立为作物育种提供了理论依据,植物学家用杂交育种方法创造出了许多在农业生产上有巨大实用价值的新品种。这些新品种都是自然界原先没有的。

但是不同物种之间的杂交很难成功。在1930年代,植物学家发现使用秋水仙碱能够有效地克服远缘杂种不育的难题。之后又发明了细胞质融合技术,把来自两个物种的细胞融合在一起,从中培育出杂交后代。有了这些技术,杂交打破了物种障碍,杂交育种不再限于物种内部。两个不同的物种之间,甚至不同的属之间的杂交成为了可能。比如,通过把属于不同属的小麦和黑麦杂交,创造出既有小麦的高产又有黑麦的抗锈病能力的新物种小黑麦。

在第二次世界大战之后,一种新的育种技术——诱变育种获得了广泛应用。它通过使用化学诱变剂或辐射来诱发种子产生基因突变,从中筛选出具有优良性状的新品种。比起杂交育种,诱变育种更加“不自然”,因为它直接改变生物体的遗传物质,创造出了新的基因。

这些方法都属于经典育种技术,育种学家在使用这些技术时,其实是相当盲目的,并不知道他们给植物新品种引入了什么基因。从遗传学诞生日起,人们就梦想着有一天能够直接而精确地改变生物体的基因,或者说,对生物体实施“遗传工程”。这只有在分子遗传学诞生以后,才成为可能。

第一次遗传工程是1971年在美国斯坦福大学的生物学家伯格实验室完成的。他们把噬菌体λ的DNA片段插入猿猴病毒SV40的基因组,首次在体外将来自不同物种的DNA重组起来。这个重组DNA分子由于含有哺乳动物病毒序列,有可能被结合进哺乳动物细胞的染色体中;又由于含有噬菌体λ序列,有可能在细菌(例如大肠杆菌)中扩增。虽然由于许多人担心扩增含有病毒序列的大肠杆菌的危险性使得伯格中断了进一步的实验,但是伯格实验已为未来的遗传工程绘制了蓝图:用细菌扩增重组DNA,并把重组DNA引入生物体中。

伯格在1971年6月冷泉港会议上首次报告其实验结果时,就引起了分子生物学家们的担忧:伯格采用的病毒SV40是一种致癌病毒,这种研究有可能培育出携带致癌基因的重组大肠杆菌,由于人体肠道内就生长着大肠杆菌,一旦重组大肠杆菌从实验室中逃逸,就有可能在人群中传播它们所携带的致癌基因。1973年1月22-24日在加州阿斯洛马举行会议讨论重组DNA技术的危险性问题。这一年的3月份,波义耳、科恩实验室大大改进了重组DNA技术,成功地进行了“分子克隆”。他们采用细菌的质粒做为重组DNA的载体。质粒是一种环形的DNA分子,携带着能抵抗抗生素的基因,一旦进入细菌细胞中,就能自动大量地复制,并表达被重组进去的基因。这个实验进一步引起了分子生物学家们的担忧。美国科学院建立了一个专门的委员会,由伯格任主席,在1974年同时给《美国科学院院刊》和《科学》写了一封信,建议分子生物学家自愿地暂停重组DNA实验,召开一次讨论会讨论重组DNA技术潜在的危险性。会议于1975年2月24-27日在阿斯洛马举行,衡量了重组DNA技术的潜在危险,建议继续从事这方面的研究,同时应采取措施降低实验的危险性。1976年6月23日,美国国家卫生院在阿斯洛马会议所提出的建议的基础上,公布了重组DNA研究规则。与此同时,欧洲国家也制定了类似的规则。

阿斯洛马会议之后,科学界有关重组DNA技术的争议告一段落,但是在媒体的煽动下,在公众中却出现了恐慌。人们担心重组DNA实验会创造出新的病原体,引发致命流行病,会创造出难以控制的怪物,会被用于改变人类基因组,导致“优生学”运动,等等。其中最主要的,是担心会从重组DNA实验室逃逸出新的病原体。这种恐慌在1976-1977年间达到了顶峰。就在美国国家卫生院公布重组DNA研究规则的同一天,麻省剑桥市长针对哈佛大学拟建一个用于重组DNA技术研究的新实验室,举行了一次听证会,然后禁止哈佛大学建造实验室。在经过了几个月的争论之后,市政委员会听从专家的意见,推翻了市长的决定,同意建造该实验室。与此同时,参议员爱德华•肯尼迪抨击科学家们想要自我管理重组DNA研究,举行国会听证会打算通过立法限制重组DNA研究。1977年,美国科学院举行大会时,示威者举着反科学牌子冲进会议室,抢夺话筒。国会又多次举行听证会,并提出多项法案严厉限制重组DNA研究。美国科学界在美国科学院的领导下奋起抗争,没有一项这样的法案获得通过,而到了1978年底,这场媒体和立法恐慌就基本平息了。

为什么这场恐慌能在如此短的时间内就获得平息?通过举行一系列的评估会议,科学界出示了大量的证据,让公众们相信,只要遵循国家卫生院制定的规则,重组DNA技术就是安全的。同时,科学界也让公众们明白,以重组DNA技术为代表的遗传工程不仅能够帮助科学家们从事生物医学方面的基础研究,而且有着与公众切身利益息息相关的应用前景。这些应用前景包括:将人的基因重组进细菌质粒,让细菌大量地生产具有重大医疗价值的生物制剂;改良农作物,使它们能抵抗虫害、疾病或具有固氮能力;检测、治疗人的遗传病。生物学家们很快用实验结果表明他们并不是在开空头支票。1977年秋天,波义耳实验室用重组细菌合成人生长激素抑制素,证明了用细菌合成人体蛋白质是可能的。1978年,Genentech公司的科学家首先把人胰岛素基因克隆进大肠杆菌,并成功地让大肠杆菌合成人胰岛素。1979年和1980年,人生长激素和人干扰素也先后在重组细菌中合成出来。1982年,重组人胰岛素成为第一种获准上市的重组DNA药物。

1980年,分子生物学家首次把外源DNA结合进了植物细胞中。由于从一个植物细胞就可以克隆出一株植物,因此这个结果意味着人们很快就可以培育出转基因植物。3年后,第一种转基因植物(一种携带了抵抗抗生素基因的烟草)诞生了。1985年,能抗虫害、病害的转基因作物开始了田间试验。1992年,中国种植了世界上第一批商用转基因作物——转基因烟草。1994年,市场上首次出现了转基因食品,一种软化缓慢的西红柿。

目前,转基因作物已得到广泛的推广、栽培和使用。最常见的是转入抗除草剂基因,这样的转基因作物可以抵抗普通的、较温和的除草剂,因此农民用这类除草剂就可以除去野草,而不必采用那些毒性较强、较有针对性的除草剂。其次是转入抗虫害基因,用得最多的是从苏云金芽孢杆菌克隆出来的一种基因,有了这种基因的作物会制造一种毒性蛋白,对其他生物无毒,但能杀死某些特定的害虫,这样农民就可以减少喷洒杀虫剂。转基因技术也可用于改变食物的营养成分,例如减少土豆的水分,这样炸出来的土豆片更脆;降低植物油中的不饱和脂肪酸,能延长储存期限;消除虾、花生、大豆中能导致过敏的蛋白质,这样原来对虾、花生、大豆过敏的人也可以放心地吃它们了。通过转基因技术让水稻变成“金大米”,制造胡萝卜素(在人体内变成维生素A),有助于消灭在亚洲地区广泛存在的维生素A缺乏症。转基因技术可提高稻米中铁元素的含量,以减少以大米为主食的人群当中常见的贫血症,也可提高稻米的蛋白质含量。在研究、开发中的其他项目还包括用转基因技术让作物具有抗旱、固氮、抗病能力等。

由于转基因作物的巨大优势,推广非常快。全球已有25个国家批准了24种转基因作物的商业化种植,种植面积由1996年的170万公顷发展到2009年的1.34亿公顷,14年间增长了79倍。其中最常见的转基因作物是转基因大豆、棉花、玉米、油菜。转基因大豆已经占全球大豆种植总面积的72%,转基因棉花占全球棉花种植总面积的47%。美国是转基因作物最大的生产国,转基因玉米、大豆、棉花都占种植面积的80%以上。美国也是转基因食品最大的消费国,在美国市场上,大约70%的食品含有转基因成分。

但是在转基因作物迅速推广的同时,社会上也出现了反对的声音。和重组DNA药物的推广不同的是,反对推广转基因作物的呼声不仅没有很快平息下去,反而在“环保组织”、政客的推动下,愈演愈烈,并时不时地引起社会恐慌。(来源:经济观察报 作者:方舟子)
 

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